JPH0364783B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱ポンプ装置、特に暖冷房装置にお
いて、非共沸混合冷媒を用い、主回路を流れる冷
媒濃度を可変する事により、常に負荷に適応した
冷暖房能力を発生させるヒートポンプ装置に関す
る。

従来の技術 従来、熱ポンプ装置の能力を可変する方法とし
て、冷媒に非共沸混合冷媒を用い、分離器によつ
て高沸点冷媒と低沸点冷媒とに分離し、それによ
つて主回路の冷媒組成を変え能力を可変するもの
が提案されており、この時冷媒組成を変えてその
吸込み比容積を変え循環量を変えるものであり、
圧縮機回転数を変える方式にこのような分離方式
を付加する事も考えられており、分離の方法とし
ては精留方式を利用したものが提案されている。

我々の先行発明として第２図に示す如きものが
ある。第２図において１は圧縮機、２は四方弁、
３は負荷側熱交換器、４は主絞り装置、６は熱源
側熱交換器、７は分離器、８は塔頂冷却熱交換
器、９は塔底加熱熱交換器であり、暖房時には凝
縮器となる負荷側熱交換器３より分離器７に主回
路と並列に冷媒を供給し、分離器７において、精
留方式によりサイクルに封入された非共沸混合冷
媒を高沸点成分と低沸点成分とに分離し、塔底あ
るいは塔頂の貯留器１０，１１より高沸点成分冷
媒あるいは低沸点成分冷媒を主サイクルに注入す
る事によつて主サイクルの冷媒組成を変えて能力
制御を行なうものであり、この時、暖房および冷
房時両者共精留分離を行なわせるために、塔底加
熱熱交換器９にては圧縮機１と四方弁２の間の吐
出ガスを加熱源とし、また塔頂冷却熱交換器８に
ては四方弁２とアキユムレータ１２の間の吸入ガ
スを冷却源としている。このような構成とする事
によつて冷房時、暖房時で主サイクルの冷媒流れ
方向が逆転しても精溜分離に対して必要な加熱、
冷却がなされるものである。

発明が解決しようとする問題点 以上述べた先行発明の熱ポンプ装置において
は、基本的に冷媒の組成制御が可能であり、かつ
それが冷房時、暖房時共必要な場合に適してい
る。

しかるに実際にこのような組成分離サイクルを
用いて冷暖房時共能力を制御する場合、暖房時に
は全体的に低沸点成分を主サイクル内に多くして
能力を稼ぎ、逆に冷房時には低沸点成分リツチで
は高圧が上昇するので、高沸点成分リツチな主サ
イクルとして効率を上げる運転方法が望まれる場
合もあり、このような場合には、冷房時のみ精留
分離を行なつて主サイクルを高沸点に富んだ組成
で運転し、暖房時には低沸点に富む封入冷媒組成
そのままで運転し、精留分離を行なわないのが望
ましいものである。

また、先行発明の構成によれば、冷房時、暖房
時共また主サイクルの濃度可変の有無にかかわら
ず精留分離用の加熱、冷却が作用しており、吐出
ガスで加熱し、吸入ガスで冷却すると、凝縮器入
口温度が低下する事により特に暖房始に能力損失
の発生があるものであつた。また塔頂冷却熱交換
器では吸入ガスが用いているために、熱伝達率が
低く熱交換器として大きくなるものであつた。そ
こで本発明では、暖房時には精留分離なしとし、
冷房時には精留分離によつて高効率運転をし、更
に暖房時の効率をも上げる熱ポンプ装置を得よう
とするものであり、更に塔頂熱交換器を小型化し
ようとするものである。

問題点を解決するための手段 分離器の塔底と、冷暖房時の凝縮器出口とを接
続する導入部と、分離器の塔底と冷暖房時の蒸発
器入口とを接続する導出部とで分離器と主サイク
ルを接続し、四方弁より熱源側熱交換器の間の冷
媒配管を分離器塔底加熱源として位置させ、絞り
装置より負荷側熱交換器の間の冷媒配管を分離器
塔頂冷却源として位置させる構成とするものであ
る。

作 用 上記構成になる本発明によれば、分離器は低沸
点貯留方式で主サイクルと接続され、冷房時には
四方弁より熱源側熱交換器の間は高温冷媒となる
ので分離器塔底を加熱でき、絞り装置より負荷側
熱交換器の間は低温冷媒となり分離器塔頂を冷却
できる。これにより冷房時には精留分離がなさ
れ、低沸点貯留方式であるので主サイクルを高沸
点に富んだ冷媒組成とする事ができる。一方暖房
時には分離器での精留を働かせる加熱、冷却作用
がなく精留分離がなされず、封入冷媒組成の低沸
点に富んだ冷媒組成で運転できるとともに、精留
分離の加熱、冷却がないので熱損失のない運転が
できるものである。

実施例 本発明による熱ポンプ装置を冷暖房装置に適用
した第１図をもつて以下に説明する。

図において１〜４，６は先行発明と同一の構成
要素であり、負荷側熱交換器３と絞り装置４の間
より分離器１３に接続する配管１４と、絞り装置
４と熱源側熱交換器６の間より分離器１３に接続
する配管１５が設けられており、主サイクル運転
時、冷媒は主に絞り装置４を通るものと、前記の
配管１４，１５を通つて分離器１３を経由して主
サイクルと並列に流れるものとに分かれる。この
時分離器１３の上部には配管１６が設けられて分
離器１３より発生するガスを塔頂熱交換器１７の
部分で冷却液化し、貯留器１８に貯留し、液を貯
留器１８より塔頂に還流するための配管１９が設
けられている。

この時塔頂冷却器１７に導かれる冷媒は負荷側
熱交換器３より絞り装置４までの間の冷媒であ
り、また配管１５を通る冷媒を加熱する塔底熱交
換器２０に導かれる冷媒は熱源側熱交換器６と四
方弁２との間の冷媒であるように構成している。
更に配管１４，１５には絞り２１，２２と並列に
逆止弁２３，２４が設けられている。かかる構成
による熱ポンプ装置において、冷暖房時の動作に
ついて説明する。

まず暖房時には図の実線で示す冷媒流の如く冷
媒が流れ、配管１４より分離器１３に入る冷媒は
液冷媒のままで入り、分離器１３内でガスの発生
がないので精留作用がなされず、主サイクルの冷
媒組成は封入時の低沸点に富む冷媒組成のままで
あり、高暖房能力を維持する運転ができる。この
時、塔頂熱交換器１７においては分離器１３内の
冷媒とほとんど同じ温度であるので熱交換器とし
て作用しないが、塔底熱交換器２０においては、
分離器１３より配管１５を通つて流出する液冷媒
を冷却する事になる。このように暖房時には完全
に精留作用を停止する事ができ、更に分離器１３
側で冷媒を加熱する事による熱損失がなく効率の
高い運転ができるものである。また分離器１３よ
り流出する液冷媒を熱源側熱交換器６を出た低温
冷媒により更に過冷却する事になり、冷凍能力が
増加し、効率の高い運転ができるものである。

次に冷房運転時についてその動作を説明する。
冷房時には図の破線に示す冷媒流の如く冷媒が流
れ、配管１５より分離器１３に入る液冷媒は塔底
熱交換器２０において、高温のガス冷媒により加
熱されてガス成分を発生して分離器１３に流入す
る。分離器１３に流入したガス成分は分離器１３
内を上昇し、配管１６を通り塔頂熱交換器１７に
おいて低温冷媒で冷却されて液化し、貯留器１８
に貯留され配管１９より塔頂部に還流されて、こ
の液と上昇してくるガスとが分離器１３内で気液
接触して精留作用を行ない貯留器１８には低沸点
冷媒が貯留され、主サイクルは高沸点に富んだサ
イクル組成となり、冷房時に低沸点冷媒で運転さ
れた場合の高圧上昇がなく、かつ高効率で運転が
できるものである。

この時、冷却源として絞り装置４より負荷側熱
交換器３の間の気液二相冷媒を用いているために
熱伝導率を大きくとれ、それ故塔頂熱交換器１７
構成としてコンパクトにできるものである。

また、例えば冷房時に分離器１３への導入部と
なる配管１５に絞りを設けて中間圧とした状態で
分離器１３にガス成分を発生させて導入する事に
より、塔底熱交換器２０での加熱量を小さくし、
分離時に発生する熱損失を小さくする事も可能で
ある。また基本的には暖房時分離がかからない
が、冷房時に分離をかける場合とかけない場合と
を併用する方法としては、バイパスを用いたりし
て加熱を止めたり、分離器１３へ流入する冷媒量
を多くしたり、貯留器１８から低圧配管へ冷媒を
戻す等によつて可能である。本実施例では塔底熱
交換器２０を配管１５に付設したが、配管１４に
付設してもよく、また両方の配管にまたがる如く
構成しても良い。

発明の効果 以上説明したように本発明になる熱ポンプ装置
においては、非共沸混合冷媒を冷房時、暖房時に
適した冷媒組成で運転し、冷房時には高沸点成分
に富んだ冷媒組成で運転して効率を上げるように
精留分離を行ない、暖房時には封入組成そのまま
の低沸点成分に富んだ冷媒組成で運転して高能力
を発揮するものであり、この時冷房時の精留分離
用加熱源として熱源側熱交換器と四方弁の間の高
温冷媒を用い、冷却源として絞り装置より負荷側
熱交換器の間の低温冷媒を用いているので、暖房
時には逆にこの加熱源が過冷却源として作用して
作用してサイクルの効率を高め、冷房分離時の冷
却源での冷媒は気液二相状態であるので熱交換器
としてコンパクトにできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の熱ポンプ装置の構
成図、第２図は本発明に関する先行発明の一実施
例を示すサイクル構成図である。 １……圧縮機、３……負荷側熱交換器、２……
四方弁、４……絞り装置、６……熱源側熱交換
器、１３……分離器、１７……塔頂熱交換器、２
０……塔底熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、四方弁、
   負荷側熱交換器、絞り装置、熱源側熱交換器を環
   状に接続して主サイクルを構成し、前記主サイク
   ル中の非共沸混合冷媒を分離する精溜分離器と、
   前記精溜分離器の塔底部に接続し前記絞り装置を
   バイパスした副絞り装置を設けた配管と、精溜分
   離器塔頂部に帰還する回路中に設けられた塔頂貯
   留器と、前記精溜分離器の塔底部への接続配管と
   前記熱源側熱交換器から四方弁間の主サイクル冷
   媒配管とを熱交換可能とし、更に前記精溜分離器
   塔頂部に設けられた帰還回路の上部配管と前記負
   荷側熱交換器から前記絞り装置間の前記主サイク
   ル冷媒配管とを熱交換可能としたことを特徴とす
   る熱ポンプ装置。 ２ 分離器を中間圧としたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の熱ポンプ装置。